JPH0593928A - Organic nonlinear optical material and nonlinear optical device formed by using this material - Google Patents

Organic nonlinear optical material and nonlinear optical device formed by using this material

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JPH0593928A
JPH0593928A JP25634991A JP25634991A JPH0593928A JP H0593928 A JPH0593928 A JP H0593928A JP 25634991 A JP25634991 A JP 25634991A JP 25634991 A JP25634991 A JP 25634991A JP H0593928 A JPH0593928 A JP H0593928A
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浩司 浜野
Tetsuyuki Kurata
哲之 蔵田
Yuji Hizuka
裕至 肥塚
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Abstract

PURPOSE:To provide the org. nonlinear optical material having stable and large nonlinear optical characteristics and to improve its transparency in a visible wavelength region by melting and kneading polyvinylidene fluoride (PVDF) and acrylic polymer and subjecting the mixture to a heat treatment after rapid cooling from a molten state. CONSTITUTION:The growth of the crystal of the PVDF is limited by the acrylic polymer mixed well with the PVDF and the resin compsn. having a low degree of crystallization is obtd. if the PVDF and acrylic polymer mixed at a prescribed ratio are melted with each other by melting and kneading and the resin compsn. of a molten state is rapidly cooled by a cooling medium. The crystallization of the resin compsn. takes place in the presence of the acrylic polymer when the resulted resin compsn. is heat treated. A quadratic nonlinear optically active org. material is introduced into the host polymer (resin compsn.) obtd. in such a manner and is dispersed therein. The nonlinear optically active org. material introduced into the host polymer is uniaxially oriented by an electric field impression method, by which the high-performance nonlinear optical material is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、有機非線形光学材料お
よび該有機非線形光学材料を用いた波長変換素子や光変
調素子などの非線形光学デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic non-linear optical material and a non-linear optical device such as a wavelength conversion element or a light modulation element using the organic non-linear optical material.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、非線形光学材料としては、有機、
無機、半導体などの材料が研究開発されている。このう
ち有機非線形光学材料の優位な点としては、応答速度が
速い、非線形光学定数が大きいなどの点があげられる。
この特徴を生かし、波長変換用の第二次高調波発生素子
(SHG(Second Harmonic Generation)素子)や電気
光学変調素子などへの適用を目指し、新規な有機非線形
光学材料の研究開発およびデバイス化技術の研究開発が
行なわれている。
2. Description of the Related Art Currently, organic materials are used as nonlinear optical materials.
Materials such as inorganics and semiconductors are being researched and developed. Among these, the advantages of the organic nonlinear optical material are that it has a high response speed and a large nonlinear optical constant.
Taking advantage of this feature, research and development of novel organic nonlinear optical materials and deviceization technology aiming at application to wavelength conversion second harmonic generation element (SHG (Second Harmonic Generation) element) and electro-optical modulation element Is being researched and developed.

【0003】前記デバイスの中でもSHG素子は、半導
体レーザに適用すれば青色発光レーザが実現でき、光デ
ィスクなどの記憶密度を向上させ、記憶容量を大幅に増
加させる効果があるため、最も活発に研究開発が行なわ
れている。
Of the above devices, the SHG element can realize a blue light emitting laser when applied to a semiconductor laser, and has the effect of improving the storage density of an optical disk or the like and greatly increasing the storage capacity, and thus is most actively researched and developed. Is being carried out.

【0004】このSHG素子用材料において高効率な材
料をうるためには、まず第一に有機分子一つ当りの非線
形光学定数である分子超分極率βが大きいことが必要で
ある。第二に各分子の非線形光学効果を強め合うように
分子が配列していることが、重要である。とくに第二の
点は重要で、分子が大きい超分極率を有していたとして
も、分子の配列が対称中心を有するようになっていれ
ば、各分子からの非線形光学効果が打ち消し合って材料
全体の非線形光学定数はゼロになってしまう。
In order to obtain a highly efficient material for this SHG element, first of all, it is necessary that the molecular hyperpolarizability β which is a nonlinear optical constant per organic molecule is large. Second, it is important that the molecules are arranged so as to reinforce the nonlinear optical effect of each molecule. The second point is particularly important. Even if a molecule has a large hyperpolarizability, if the arrangement of molecules has a center of symmetry, the nonlinear optical effects from each molecule cancel each other out and become a material. The total nonlinear optical constant becomes zero.

【0005】このような材料をうる指針としては、非中
心対称性の有機低分子化合物の単結晶を作製すること、
または配向性の薄膜を形成することが考えられるが、デ
バイスへの応用の観点からは後者がきわめて有効である
と考えられている。
The guideline for obtaining such a material is to prepare a single crystal of a noncentrosymmetric organic low-molecular compound,
Alternatively, it is possible to form an oriented thin film, but the latter is considered to be extremely effective from the viewpoint of application to devices.

【0006】配向性薄膜を作製する有力な手段として
は、ラングミュアー・ブロジェット膜を作製する方法、
有機分子線や真空蒸着などのドライプロセスで配向薄膜
を作製する方法などがあるが、これらとは別の非線形光
学活性な有機低分子を光学的に透明な高分子フィルム中
に分散して薄膜化し、その薄膜に外部電場を印加してポ
ーリング処理を行なって分子を配向させる方法が比較的
簡便な方法であり、盛んに研究されている。この方法は
ポールドポリマー法と呼ばれるが、この方法の特長とし
ては、種々の透明高分子材料が利用できる点、多くの材
料の組合わせが可能となる点、種々の分散法が利用でき
る点、薄膜高分子材料を比較的容易に作製できるために
デバイスへの応用上有利である点などがあげられる。
As a powerful means for producing an oriented thin film, a method for producing a Langmuir-Blodgett film,
There are methods such as organic molecular beams and vacuum deposition to produce oriented thin films.However, other than these, non-linear optically active organic low molecules are dispersed in an optically transparent polymer film to form a thin film. The method of orienting molecules by applying an external electric field to the thin film and performing a poling treatment is a relatively simple method, and is being actively studied. This method is called the poled polymer method, and the features of this method are that various transparent polymer materials can be used, that many materials can be combined, and that various dispersion methods can be used. A thin film polymer material can be produced relatively easily, which is advantageous in application to devices.

【0007】このポールドポリマー法における最大の問
題点は、電場による配向が経時的に緩和して特性が劣化
する点である。現状では、分散された低分子を電場を用
いて配向させても、ホストポリマーの自由体積やセグメ
ント運動との関係から非常に早く配向緩和が起こること
が多い。
The biggest problem in the poled polymer method is that the orientation due to the electric field is relaxed with time and the characteristics are deteriorated. At present, even if the dispersed low molecules are oriented using an electric field, orientation relaxation often occurs very quickly due to the relationship with the free volume of the host polymer and the segment motion.

【0008】この問題点を解決するために、種々のアプ
ローチがなされている。たとえばポーリングの方法とし
て、コンタクトポーリングではなく処理時にコロナポー
リングを用いる方法、低分子化合物の配向状態を維持す
るためにホストポリマーに高分子液晶を用いてその配向
力を利用したり、さらにその中にフォトクロミックな材
料を化学的に結合して配向力を高め、同時に相分離を抑
制する試みもなされている。さらに、ホストポリマー中
に取り込んだ低分子化合物を2本の結合で架橋したポリ
マーネットワークに固定して安定化することも行なわれ
ている。またホストポリマーとしてそれ自体非線形光学
活性なエポキシ系高分子を用い、架橋反応を起こして緩
和を抑えると同時に高い非線形光学定数をえたり、強誘
電体材料を用いてその自発分極を利用するなどの試みが
なされている。
Various approaches have been taken to solve this problem. For example, as a method of poling, a method of using corona poling instead of contact poling is used, a polymer liquid crystal is used as a host polymer to maintain the alignment state of a low-molecular compound, and its alignment force is further utilized. Attempts have also been made to chemically bond photochromic materials to enhance the alignment force and at the same time suppress phase separation. Further, it is also performed to fix a low molecular weight compound incorporated in a host polymer by fixing it to a polymer network crosslinked by two bonds. In addition, by using a non-linear optically active epoxy polymer as the host polymer itself, cross-linking reaction can be suppressed and relaxation can be suppressed and at the same time a high non-linear optical constant can be obtained, or a spontaneous polarization of a ferroelectric material can be utilized. Attempts are being made.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この強誘電体材料を用
いた例としては、ホストポリマーとしてポリフッ化ビニ
リデン(以下、PVDFという)を用いたものが知られ
ている。PVDFはポーリング処理を行なうことにより
双極子が配向して自発分極が発現し、強誘電体となる。
この自発分極によって該ホストポリマー中に分散した非
線形光学活性な有機材料を配向させ、その配向を経時的
に安定に維持する効果がある。さらに、ホストポリマー
自身も非線形光学活性となる効果もある。しかしなが
ら、PVDF自身が微結晶化することによって光散乱が
大きくなり、不透明になってしまうという点で非線形光
学材料として用いるには不適当である(ピー エヌ プ
ラサド(P.N.Prasad)およびディー アール アルリッ
チ(D.R.Ulrich)編、ピー パンテリス(P.pantelis)
ら、「非線形光学および導電性高分子」、プリナム プ
レス(Plenum Press)・ニューヨーク アンド ロンド
ン、p.229(1987))。
As an example of using this ferroelectric material, one using polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) as a host polymer is known. By subjecting PVDF to a poling treatment, the dipoles are oriented and spontaneous polarization is developed to become a ferroelectric substance.
This spontaneous polarization has the effect of orienting the nonlinear optically active organic material dispersed in the host polymer and maintaining the orientation stable over time. In addition, the host polymer itself has the effect of becoming nonlinear optical activity. However, PVDF itself is not suitable for use as a non-linear optical material in that it becomes opaque because of its large light scattering due to microcrystallization (PNPrasad and DRUlrich). Hen, P. pantelis
Et al., "Nonlinear Optics and Conducting Polymers," Plenum Press, New York and London, p.229 (1987).

【0010】このようにホストポリマーとしてPVDF
を用いたばあいには、自発分極によってゲストとして導
入した有機材料の配向を安定に維持する効果があり、し
かも該ホストポリマー自身が非線形光学活性であるた
め、非線形光学定数の大きな材料をうることが期待され
たが、従来の方法では材料が不透明化してしまうために
非線形光学材料としては適さなかった。
As described above, PVDF is used as the host polymer.
When used, it has the effect of stably maintaining the orientation of the organic material introduced as a guest by spontaneous polarization, and since the host polymer itself is nonlinear optical activity, it is possible to obtain a material with a large nonlinear optical constant. However, the conventional method is not suitable as a nonlinear optical material because the material becomes opaque.

【0011】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
で、安定で大きな非線形光学特性を有し、可視の波長域
で透明性の高い有機非線形光学材料をうることを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain an organic nonlinear optical material having stable and large nonlinear optical characteristics and high transparency in the visible wavelength range.

【0012】また、前記の非線形光学材料を用いた波長
変換素子や光変調素子などの非線形光学デバイスをうる
ことを目的とする。
Another object of the present invention is to obtain a non-linear optical device such as a wavelength conversion element or a light modulation element using the above non-linear optical material.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明にかかわる有機非
線形光学材料は、PVDFとアクリルポリマーとを溶融
混練し、溶融状態から急冷したのち、熱処理を行なうこ
とにより製造されたホストポリマーであって、二次の非
線形光学活性な有機材料が混合または化学的結合によっ
て導入されて分散せしめられたホストポリマー中の前記
有機材料を、電場印加法によって配向させたものであ
る。
An organic nonlinear optical material according to the present invention is a host polymer produced by melt-kneading PVDF and an acrylic polymer, quenching the melted state, and then heat-treating the mixture. The organic material in a host polymer in which a second-order nonlinear optically active organic material is introduced and dispersed by mixing or chemical bonding is oriented by an electric field application method.

【0014】また、前記有機非線形光学材料を非線形光
学デバイスにしたものである。
Further, the organic nonlinear optical material is a nonlinear optical device.

【0015】[0015]

【作用】本発明においては、ホストポリマーが自発分極
を有する強誘電性材料であることから、ゲスト分子とし
て導入した非線形光学活性な有機材料の配向を安定に維
持することができる。
In the present invention, since the host polymer is a ferroelectric material having spontaneous polarization, it is possible to stably maintain the orientation of the nonlinear optically active organic material introduced as a guest molecule.

【0016】また、ホストポリマーにおける所定の割合
のPVDFとアクリルポリマーとを溶融混練、急冷、熱
処理することによって、通常は可視の波長域で不透明と
なるPVDFを透明な状態でうることができる。
By melting and kneading a predetermined ratio of PVDF and acrylic polymer in the host polymer, quenching and heat treatment, PVDF which is normally opaque in the visible wavelength range can be obtained in a transparent state.

【0017】また、この有機非線形光学材料を用いて、
特性の良好な波長変換素子や光変調素子などのデバイス
をうることができる。
Further, by using this organic nonlinear optical material,
It is possible to obtain a device such as a wavelength conversion element or a light modulation element having good characteristics.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples.

【0019】所定の割合で混合したPVDFとアクリル
ポリマーを 200℃程度の溶融混練により互いに溶け合わ
せ、溶融状態の樹脂組成物を、水やドライアイスまたは
液体チッ素などの冷却媒体で急速に冷却すると、PVD
Fの結晶の成長はPVDFとよく溶け合っているアクリ
ルポリマーにより制限され、結晶化度の低い樹脂組成物
がえられる。このえられた樹脂組成物を熱処理すると、
アクリルポリマーの存在下で樹脂組成物の結晶化が起こ
り、樹脂組成物はI型またはβ型の結晶構造を示す。前
記熱処理としては、120℃で855時間以上、チッ素ガス雰
囲気中で加熱するという方法が好ましい。
When PVDF and acrylic polymer mixed in a predetermined ratio are melted and kneaded with each other by melt-kneading at about 200 ° C., and the resin composition in a molten state is rapidly cooled with a cooling medium such as water, dry ice or liquid nitrogen. , PVD
The crystal growth of F is limited by the acrylic polymer that is well compatible with PVDF, and a resin composition with low crystallinity is obtained. When the obtained resin composition is heat treated,
Crystallization of the resin composition occurs in the presence of the acrylic polymer, and the resin composition exhibits an I-type or β-type crystal structure. As the heat treatment, a method of heating at 120 ° C. for 855 hours or more in a nitrogen gas atmosphere is preferable.

【0020】前記PVDFとしては、公知または市販の
フッ化ビニリデンを主成分とする重合体を用いることが
できる。たとえばフッ化ビニリデンの単独重合体、フッ
化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの共重合体、フ
ッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体など
が用いられる。前記PVDFとしては、該ポリマーの特
性を劣化させない範囲で添加剤を混合した材料を用いて
も何ら問題はない。
As the PVDF, a known or commercially available polymer containing vinylidene fluoride as a main component can be used. For example, a vinylidene fluoride homopolymer, a vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, a vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, or the like is used. As the PVDF, there is no problem even if a material mixed with an additive is used as long as the properties of the polymer are not deteriorated.

【0021】また、アクリルポリマーとしては、公知ま
たは市販のメチルアクリレートまたはエチルアクリレー
トを主成分とする重合体を用いることができる。たとえ
ばメチルメタクリレートの単独重合体、エチルアクリレ
ートの単独重合体、メチルアクリレートとエチルアクリ
レートの共重合体などが用いられる。これらのうちでも
ポリメチルメタクリレートは前記PVDFに対して優れ
た相溶性を示すという点から好ましい。前記アクリルポ
リマーとしては、該ポリマーの特性を劣化させない範囲
で添加剤を混合した材料を用いても何ら問題はない。
As the acrylic polymer, known or commercially available polymers containing methyl acrylate or ethyl acrylate as a main component can be used. For example, a homopolymer of methyl methacrylate, a homopolymer of ethyl acrylate, a copolymer of methyl acrylate and ethyl acrylate, etc. are used. Among these, polymethylmethacrylate is preferable because it exhibits excellent compatibility with PVDF. As the acrylic polymer, there is no problem even if a material mixed with an additive is used as long as the characteristics of the polymer are not deteriorated.

【0022】前記PVDFとアクリルポリマーの割合
は、重量比で70/30〜90/10の割合が好ましい。PVD
Fが70/30未満または90/10を超えるとPVDFはII型
の結晶形態をとり、その結果不透明になりやすい。
The ratio of PVDF to acrylic polymer is preferably 70/30 to 90/10 by weight. PVD
When F is less than 70/30 or more than 90/10, PVDF has a type II crystal form, and as a result, it tends to become opaque.

【0023】前記のようにしてえられるホストポリマー
(樹脂組成物)には、二次の非線形光学活性な有機材料
が導入され、分散せしめられている。導入、分散の方法
としては、PVDFとアクリルポリマーの溶融混練時に
該有機材料を混合分散させる方法、ホストポリマー膜を
製造し、前記有機材料を溶解した溶液または融解した融
液中に浸漬して拡散させる方法、アクリルポリマーのモ
ノマーにあらかじめ前記有機材料を化学的に結合させて
おく方法、などが用いられる。
A secondary non-linear optically active organic material is introduced and dispersed in the host polymer (resin composition) obtained as described above. As a method of introducing and dispersing, a method of mixing and dispersing the organic material at the time of melt-kneading PVDF and an acrylic polymer, producing a host polymer film, and diffusing it by immersing it in a solution or a melt in which the organic material is dissolved And a method of chemically bonding the organic material to the monomer of the acrylic polymer in advance.

【0024】前記二次の非線形光学活性な有機材料とし
ては、π共役を有し、分子の構造が対称中心を有しない
化合物が好ましい。たとえば芳香環または複素芳香環な
どにニトロ基やアミノ基などが対称中心を有しないよう
に結合している化合物などがあげられるが、この限りで
はない。
The second-order nonlinear optically active organic material is preferably a compound having π-conjugation and having a molecular structure having no center of symmetry. Examples thereof include, but are not limited to, a compound in which a nitro group or an amino group is bonded to an aromatic ring or a heteroaromatic ring so as not to have a symmetry center.

【0025】ホストポリマーに対する前記有機材料の割
合は、前記有機材料がホストポリマーに対して均一に分
散され、また不透明にならない割合であればよく、とく
に限定されない。
The ratio of the organic material to the host polymer is not particularly limited as long as the organic material is uniformly dispersed in the host polymer and does not become opaque.

【0026】前記のようにホストポリマーに導入された
非線形光学活性な有機材料を、電場印加法により一軸方
向に配向させることによって、高性能な非線形光学材料
となる。前記電場印加法としては、コンタクトポーリン
グ法、コロナポーリング法などが用いられる。このポー
リング法ではポリマーフィルムをガラス転移点の前後ま
で加熱し、電場を印加することによって動きやすくなっ
た分散されている有機材料が電場の方向に配向するもの
である。
By aligning the non-linearly optically active organic material introduced into the host polymer as described above in the uniaxial direction by the electric field application method, a high-performance non-linear optical material is obtained. A contact poling method, a corona poling method, or the like is used as the electric field applying method. In this poling method, a polymer film is heated up to around a glass transition point and an electric field is applied to the dispersed organic material, which is made easy to move and is oriented in the direction of the electric field.

【0027】前記のごとき本発明の有機非線形光学材料
を用いたデバイスが本発明の非線形光学デバイスであ
る。その具体例としては、たとえば波長変換素子、電気
光学変調素子、光学集積素子、高速スイッチ素子などが
あげられる。
A device using the organic nonlinear optical material of the present invention as described above is the nonlinear optical device of the present invention. Specific examples thereof include a wavelength conversion element, an electro-optical modulation element, an optical integrated element, and a high speed switching element.

【0028】本発明の有機非線形光学材料は、膜面に対
して垂直方向に一軸配向しているので、デバイスとして
用いるばあいは、導波路型で用いるのが特性の利用上得
策である。
Since the organic nonlinear optical material of the present invention is uniaxially oriented in the direction perpendicular to the film surface, when it is used as a device, a waveguide type is a good measure for utilizing the characteristics.

【0029】以下、具体的な実施例によって本発明を説
明する。 基本試料:アクリル樹脂であるアクリペットVHK(商
品名、三菱レイヨン(株))20部(重量部、以下同様)
とフッ化ビニリデン樹脂であるKFポリマー#1100(商
品名、呉羽化学工業(株))80部を溶融混練させたの
ち、スクリュー径35mmの単軸押出機(L/D=25)を用
いてシリンダー温度200℃、回転速度80r.p.m.で溶融混
練し、冷却粉砕して混練物のペレットをえた。つぎに、
このペレットをスペーサーで厚さが調整された金属製の
鏡面板の間に所要量をいれて、200℃、圧力50メガパス
カルの熱プレスで5分間加圧溶融したのち、金属板に樹
脂を挟んだまま、液体チッ素の中で素早く冷却した。膜
厚は約50μmである。この試料を基本試料とする。
The present invention will be described below with reference to specific examples. Basic sample: Acrypet VHK (trade name, Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), which is an acrylic resin, 20 parts (weight part, the same applies hereinafter)
After melting and kneading 80 parts of KF polymer # 1100 (trade name, Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), which is a vinylidene fluoride resin, with a single-screw extruder (L / D = 25) with a screw diameter of 35 mm, a cylinder is used. The mixture was melt-kneaded at a temperature of 200 ° C. and a rotation speed of 80 rpm and cooled and ground to obtain pellets of the kneaded product. Next,
Put the required amount between the pellets in a metal mirror plate whose thickness is adjusted with a spacer, and press and melt for 5 minutes with a hot press at 200 ° C and a pressure of 50 megapascals, then hold the resin between the metal plates. , Quickly cooled in liquid nitrogen. The film thickness is about 50 μm. This sample is used as a basic sample.

【0030】[参考例1]基本試料を 120℃の熱風循環
炉にいれ、チッ素気流下で2時間熱処理を行なった。え
られた試料をX線回折装置および赤外分光法によって分
析したところ、PVDFのI型結晶が生成していること
が確認され、透明性の高いフィルムがえられた。この試
料の両面にアルミニウムの電極を真空蒸着により形成
し、ついでポーリングを80℃、チッ素気流下で1時間行
なった。ポーリング電場は0.5MV/cmである。この試料を
試料1とする。
Reference Example 1 A basic sample was placed in a hot air circulation furnace at 120 ° C. and heat-treated for 2 hours in a nitrogen stream. When the obtained sample was analyzed by an X-ray diffractometer and infrared spectroscopy, it was confirmed that PVDF type I crystal was produced, and a highly transparent film was obtained. Aluminum electrodes were formed on both surfaces of this sample by vacuum vapor deposition, and then poling was carried out at 80 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream. The poling electric field is 0.5 MV / cm. This sample is referred to as sample 1.

【0031】[実施例1]基本試料作製時の溶融状態に
おいて、二次の非線形光学活性な4−ジメチルアミノ−
4’−ニトロスチルベン(以下、DANSという)を
4重量%添加して、DANSを含んだ試料をえた。この
試料を参考例1と同様に熱処理し、0.5MV/cmでポーリン
グ処理した試料を試料2とする。
[Example 1] In the molten state at the time of preparing a basic sample, a second-order nonlinear optically active 4-dimethylamino-
4'-nitrostilbene (hereinafter referred to as DANS)
A sample containing DANS was obtained by adding 4% by weight. This sample was heat-treated in the same manner as in Reference Example 1 and was subjected to a poling treatment at 0.5 MV / cm to obtain a sample 2.

【0032】[参考例2]ポーリング電場を0.8MV/cmと
したほかは参考例1と同様にして作製した試料を試料3
とする。
Reference Example 2 Sample 3 was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the poling electric field was 0.8 MV / cm.
And

【0033】[実施例2]DANSを0.0078mol/Lで溶
解させた沸騰プロパノール溶液に基本試料を4時間浸漬
してえたフィルムを参考例1と同様に熱処理し、0.8MV/
cmでポーリング処理した試料を試料4とする。 吸収スペクトルの測定:図1に試料1の吸収スペクトル
を示す。可視の波長域にわたって良好な透明性を示して
いる。 SHG特性の測定:えられた各試料のSHG特性をメー
カフリンジ法にて測定した。メーカフリンジ法は薄膜材
料の非線形光学定数を評価するのに用いられる方法であ
り、標準試料(石英単結晶)と比較してその定数を決定
する。また、入射光に対して試料を回転させたり、入射
光および出射SH光の偏光をそれぞれP偏光またはS偏
光に設定する組み合わせにより、非線形光学定数のテン
ソル成分まで決定することができる。
Example 2 A film obtained by immersing a basic sample in a boiling propanol solution in which DANS was dissolved at 0.0078 mol / L for 4 hours was heat treated in the same manner as in Reference Example 1 to obtain 0.8 MV /
The sample poled by cm is referred to as sample 4. Measurement of absorption spectrum: FIG. 1 shows the absorption spectrum of Sample 1. It shows good transparency over the visible wavelength range. Measurement of SHG characteristics: The SHG characteristics of each obtained sample were measured by the maker fringe method. The maker fringe method is a method used to evaluate the nonlinear optical constant of a thin film material, and the constant is determined by comparison with a standard sample (quartz single crystal). Further, the tensor component of the non-linear optical constant can be determined by rotating the sample with respect to the incident light or by combining the incident light and the emitted SH light with P polarization or S polarization, respectively.

【0034】本測定で用いた実験系を図2に示す。YA
Gレーザ1から出た波長1.06μmのレーザ光は偏光子2
によって直線偏光となったあと、レンズ3によって集光
され、回転ステージ4上の試料薄膜5に照射される。試
料では第二次高調波が発生し、フィルター6によって入
射光を取り除き、適当な光量に調節し、偏光子7によっ
て望む偏光のSH光だけが取り出され、光電子増倍管8
によって検知される。図中9はボックスカー積分器、10
はコントローラである。なお、試料のSHG特性測定
は、試料に蒸着した電極を除去して行なった。
The experimental system used in this measurement is shown in FIG. YA
The laser light with a wavelength of 1.06 μm emitted from the G laser 1 has a polarizer 2
After being linearly polarized by the lens 3, the light is condensed by the lens 3 and is irradiated on the sample thin film 5 on the rotary stage 4. Second harmonics are generated in the sample, the incident light is removed by the filter 6, the light amount is adjusted to an appropriate amount, and only the SH light of the desired polarization is extracted by the polarizer 7, and the photomultiplier tube 8
Detected by. In the figure, 9 is a boxcar integrator, 10
Is the controller. The SHG characteristics of the sample were measured by removing the electrode deposited on the sample.

【0035】測定した試料1〜4の非線形光学定数を表
1に示す。試料1および試料3の測定値からわかるよう
に、ホストポリマー自身が大きな非線形光学定数を示
す。また、ポーリング電場が大きいほど非線形定数が大
きいことがわかる。また、試料1と試料2との比較、試
料3と試料4との比較から、DANSの導入によって非
線形光学定数が大きくなっていることがわかる。
Table 1 shows the measured nonlinear optical constants of Samples 1 to 4. As can be seen from the measured values of Sample 1 and Sample 3, the host polymer itself exhibits a large nonlinear optical constant. Also, it can be seen that the larger the poling electric field, the larger the nonlinear constant. Further, from the comparison between sample 1 and sample 2 and the comparison between sample 3 and sample 4, it can be seen that the introduction of DANS increases the nonlinear optical constant.

【0036】このSHG特性は、試料作製後2、3週間
後を経ても変化せず、安定であることがわかった。
It was found that the SHG characteristics did not change even after 2 to 3 weeks from the preparation of the sample and were stable.

【0037】[0037]

【表1】 [実施例3]図3は本発明の非線形光学デバイスの実施
例である導波路型波長変換素子の構造を示す図である。
11は入射基本波、12は試料薄膜、13は電極、14は基板、
15が出射SH光である。ここでは、基板14にガラス基板
を用い、電極13にITO透明電極を用い、試料薄膜12と
して前記実施例2の試料4と同じ組成の非線形光学材料
薄膜を設けた。ポーリングは試料薄膜12上に形成したア
ルミニウム蒸着膜を電極として用い、透明電極13との間
に電場0.8MV/cmを印加して行ない、ポーリング終了後電
極を除去した。
[Table 1] [Embodiment 3] FIG. 3 is a view showing the structure of a waveguide type wavelength conversion element which is an embodiment of the nonlinear optical device of the present invention.
11 is the incident fundamental wave, 12 is the sample thin film, 13 is the electrode, 14 is the substrate,
15 is the emitted SH light. Here, a glass substrate was used as the substrate 14, an ITO transparent electrode was used as the electrode 13, and a non-linear optical material thin film having the same composition as the sample 4 of Example 2 was provided as the sample thin film 12. For poling, an aluminum vapor deposition film formed on the sample thin film 12 was used as an electrode, an electric field of 0.8 MV / cm was applied between the electrode and the transparent electrode 13, and the electrode was removed after the poling was completed.

【0038】この導波路型波長変換素子に基本波11とし
て1.06μmのレーザ光を入射したところ、SH光として
532nmの発生を確認した。
When a laser beam of 1.06 μm as a fundamental wave 11 is incident on this waveguide type wavelength conversion element, it is converted into SH light.
Generation of 532 nm was confirmed.

【0039】[実施例4]図4は本発明の非線形光学デ
バイスの実施例である導波路型光変調素子の構造を示す
図である。12は試料薄膜、13は電極、14は基板、16はバ
ッファー層、17は変調電圧印加用電極、18、19はそれぞ
れ入射用、出射用カップリングプリズムである。ここで
は実施例3と同様に、基板14にガラス基板を用い、電極
13にITO透明電極を用い、試料薄膜12として前記実施
例2の試料4と同じ組成の非線形光学薄膜を設けた。
[Embodiment 4] FIG. 4 is a diagram showing the structure of a waveguide type optical modulator which is an embodiment of the nonlinear optical device of the present invention. Reference numeral 12 is a sample thin film, 13 is an electrode, 14 is a substrate, 16 is a buffer layer, 17 is a modulation voltage applying electrode, and 18 and 19 are coupling prisms for incidence and emission, respectively. Here, as in the third embodiment, a glass substrate is used as the substrate 14 and the electrodes are
An ITO transparent electrode was used for 13, and a non-linear optical thin film having the same composition as that of Sample 4 of Example 2 was provided as the sample thin film 12.

【0040】バッファー層16は試料薄膜12内を導波する
光の伝搬ロスを低減するための層であり、必ずしも必要
ではない。ただし、バッファー層として働くためには、
試料薄膜12よりも屈折率が小さいことが必要である。試
料薄膜12として用いているPVDF/PMMA(80/2
0)は屈折率が1.44であり、これより屈折率の小さい材
料としては、フッ素系樹脂があげられる。本実施例で
は、旭硝子(株)製サイトップ(屈折率1.34)を用い
た。
The buffer layer 16 is a layer for reducing the propagation loss of the light guided in the sample thin film 12, and is not always necessary. However, to work as a buffer layer,
It is necessary that the refractive index is smaller than that of the sample thin film 12. PVDF / PMMA (80/2 used as sample thin film 12
0) has a refractive index of 1.44, and a fluororesin can be cited as a material having a smaller refractive index. In this example, CYTOP (refractive index 1.34) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was used.

【0041】試料薄膜12のポーリングは実施例3と同様
に、透明電極13とバッファー層16の上に設けた変調電圧
印加用電極17を用いて電場0.8MV/cmで行なった。
The poling of the sample thin film 12 was performed in the same manner as in Example 3 using the transparent electrode 13 and the modulation voltage applying electrode 17 provided on the buffer layer 16 at an electric field of 0.8 MV / cm.

【0042】この導波路型光変調素子に入射用カップリ
ングプリズム18を通して、偏光子21で45°に偏光させた
入射光20を導入して伝搬させた。試料薄膜12内を伝搬す
る光は変調電圧印加用電極17に変調電圧24を印加したこ
とによって起こる電気光学効果によって変調を受けた。
具体的には、導波する光のTE偏光成分とTM偏光成分
の実効屈折率が変化するために、出射用カップリングプ
リズム19を通して取り出される出射光の偏光が変化し
た。それを入射側の偏光子21とクロスニコル配置にセッ
トされた検光子22によって変調成分だけの出射光23を取
り出すことができる。入射光20として632.8nmのHe−
Neレーザ光を導入し、変調電圧24を印加したところ、
光強度が変調されることが確認された。
The incident light 20 polarized by the polarizer 21 at 45 ° was introduced and propagated through the waveguide type light modulation element through the entrance coupling prism 18. The light propagating in the sample thin film 12 was modulated by the electro-optical effect caused by applying the modulation voltage 24 to the modulation voltage applying electrode 17.
Specifically, since the effective refractive indices of the TE polarization component and the TM polarization component of the guided light change, the polarization of the output light extracted through the output coupling prism 19 changes. The emitted light 23 of only the modulation component can be taken out by the polarizer 22 on the incident side and the analyzer 22 set in the crossed Nicol arrangement. He− of 632.8 nm as incident light 20
When Ne laser light was introduced and a modulation voltage 24 was applied,
It was confirmed that the light intensity was modulated.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように、本発明にかかわる有機非
線形光学材料は、非線形光学活性な有機材料を導入する
ホストポリマーとして、PVDFとアクリルポリマーと
を溶融混練して溶融状態から急冷、熱処理した透明性に
優れ、自発分極の大きな強誘電性材料を用いたことか
ら、導入された有機材料の配向を安定に維持でき、透明
性にすぐれた非線形光学材料となる効果があり、さらに
ホストポリマー自体が非線形光学特性を示すので、高い
非線形光学定数を有する材料となるという効果がある。
As described above, the organic non-linear optical material according to the present invention is melt-kneaded with PVDF and an acrylic polymer as a host polymer into which a non-linearly optically active organic material is introduced, and is rapidly cooled and heat-treated from the molten state. Since a ferroelectric material with excellent transparency and large spontaneous polarization is used, the orientation of the introduced organic material can be stably maintained, and it has the effect of becoming a nonlinear optical material with excellent transparency. Furthermore, the host polymer itself Exhibits a non-linear optical characteristic, so that the material has a high non-linear optical constant.

【0044】また、前記有機非線形光学材料を用いた本
発明の非線形光学デバイスは、非線形光学定数が大きく
かつ安定であり、応答速度の速い非線形光学デバイスで
ある。
The non-linear optical device of the present invention using the above-mentioned organic non-linear optical material is a non-linear optical device having a large non-linear optical constant and stability and a high response speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】参考例1でえられた試料1の吸収スペクトルで
ある。
FIG. 1 is an absorption spectrum of Sample 1 obtained in Reference Example 1.

【図2】実施例で用いた非線形光学定数を測定するSH
Gメーカフリンジ法の測定系の光路図である。
[FIG. 2] SH for measuring the nonlinear optical constants used in the examples
It is an optical-path figure of the measuring system of G maker fringe method.

【図3】実施例3の導波路型波長変換素子の構造の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a structure of a waveguide type wavelength conversion element according to a third embodiment.

【図4】実施例4の導波路型光変調素子の構造の説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a structure of a waveguide type optical modulator of Example 4.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年1月24日[Submission date] January 24, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0009】[0009]

【発明が解決しようする課題】この強誘電体材料を用い
た例としては、ホストポリマーとしてポリフッ化ビニリ
デン(以下、PVDFという)を用いたものが知られて
いる。PVDFはポーリング処理を行なうことにより双
極子が配向して自発分極が発現し、強誘電体となる。こ
の自発分極によって該ホストポリマー中に分散した非線
形光学活性な有機材料を配向させ、その配向を経時的に
安定に維持する効果がある。さらに、ホストポリマー自
身も非線形光学活性となる効果もある。しかしながら、
ホストポリマーとしてPVDFを単独で用いたばあい、
それ自身が結晶性高分子であるために、微結晶化してし
まい、その結果光散乱がおこり、不透明になってしま
う。したがってこのままでは非線形光学材料として用い
るには不適当である(ピーエヌ プラサド(P.N.Prasa
d)およびディー アール アルリッチ(D.R.Ulrich)
編、ピー パンテリス(P.pantelis)ら、「非線形光学
および導電性高分子」、プリナム プレス(Plenum Pre
ss)・ニューヨーク アンド ロンドン、p.229(198
7))。
As an example of using this ferroelectric material, one using polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) as a host polymer is known. By subjecting PVDF to a poling treatment, the dipoles are oriented and spontaneous polarization is developed to become a ferroelectric substance. This spontaneous polarization has the effect of orienting the nonlinear optically active organic material dispersed in the host polymer and maintaining the orientation stable over time. In addition, the host polymer itself has the effect of becoming nonlinear optical activity. However,
When PVDF is used alone as the host polymer,
Because it is a crystalline polymer, it does not crystallize.
As a result, light scattering occurs and becomes opaque.
U Therefore, as it is, it is unsuitable for use as a nonlinear optical material (PNPrasa (PNPrasa
d) and DRUlrich
Edited by P. pantelis et al., “Nonlinear Optics and Conducting Polymers,” Plenum Pres.
ss) New York and London, p.229 (198
7)).

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0016】また、ホストポリマーにおける所定の割合
のPVDFとアクリルポリマーとを溶融混練、急冷、熱
処理することによって、通常は光散乱により不透明とな
るPVDFを透明な状態でうることができる。
By melting and kneading a predetermined ratio of PVDF and acrylic polymer in the host polymer, quenching and heat treatment, PVDF which is normally opaque due to light scattering can be obtained in a transparent state.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリフッ化ビニリデンとアクリルポリマ
ーとを溶融混練し、溶融状態から急冷したのち、熱処理
を行なうことにより製造されたホストポリマーであっ
て、二次の非線形光学活性な有機材料が混合または化学
的結合によって導入されて分散せしめられたホストポリ
マー中の前記有機材料を、電場印加法によって配向させ
たことを特徴とする有機非線形光学材料。
1. A host polymer produced by melt-kneading polyvinylidene fluoride and an acrylic polymer, quenching the melted state, and then heat-treating the mixture, wherein a second-order nonlinear optically active organic material is mixed or mixed. An organic non-linear optical material, characterized in that the organic material in a host polymer introduced and dispersed by a chemical bond is oriented by an electric field application method.
【請求項2】 請求項1に記載の有機非線形光学材料を
用いたことを特徴とする非線形光学デバイス。
2. A nonlinear optical device using the organic nonlinear optical material according to claim 1.
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